铁基超导中“隐形”的配对通道 | 进展

单层 FeSe/SrTiO₃ 是最引人关注的铁基高温超导体系之一。2012 年，实验发现仅 一个晶胞厚度的 FeSe 薄膜在 SrTiO₃ 衬底上可以实现超过 40 K 的超导转变温度，远高于块体 FeSe 的 9–14K。这一显著增强的超导现象引发了广泛关注。然而，如此超薄的二维体系为何能够产生如此强的超导性，其微观配对机制仍然是该领域的重要未解问题。

在铁基超导体中，每个晶胞包含两个铁原子，它们构成两个彼此交错的子晶格。按照常规理解，由于晶体具有空间反演对称性，这两个子晶格应具有相同的物理性质。但理论研究曾提出，在单层 FeSe 中，界面可能破坏这种对称性，从而引入新的配对通道。然而，这一子晶格自由度是否在超导配对中发挥关键作用，一直缺乏直接的实验证据。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心胡江平研究员和蒋坤研究员（T06组）与清华大学薛其坤院士、王立莉研究员团队等合作，通过原子分辨率扫描隧道显微镜与扫描隧道谱（STM/STS）实验，对单层 FeSe 的电子结构进行了系统研究。他们首次在同一晶胞中分别测量了两个 Fe 子晶格的超导能隙结构，并发现两者表现出明显不同的隧穿谱特征：在一个子晶格上，超导相干峰在空穴一侧更强，而在另一个子晶格上则在电子一侧更强（见图1）。研究团队将这一现象称为“子晶格二分性（sublattice dichotomy）”。 进一步的理论分析表明，这一现象源于两种不同配对机制的共存：传统的带内配对以及由子晶格结构引入的带间配对。这一带间配对正是源于胡江平研究员在2013年提出的h配对（ Phys. Rev. X 3, 031004 (2013)）。界面导致的反演对称性破缺使得这两种配对可以同时存在，从而自然解释了实验中观察到的子晶格差异。

图1：单层铁基超导FeSe中的两套Fe子晶格和其上面测到的扫描隧道谱

该研究表明，单层 FeSe 中增强的超导临界温度可能与新的带间配对通道有关，而不仅仅来源于传统的费米面不稳定性机制。这一工作揭示了晶格子结构自由度在非常规超导中的重要作用，为理解单层 FeSe 高温超导机理提供了关键实验线索，也为探索更高温度的超导材料提供了新的思路。

该成果已获得 Phys.org 的新闻报道（https://phys.org/news/2026-03-hidden-atomic-dichotomy-superconductivity-ultra.html），并在 Journal Club for Condensed Matter Physics 上受到美国威斯康星大学 Daniel Agterberg 教授的高度评价（https://www.condmatjclub.org/jccm_october_2025_01/）。相关研究成果以Parity Breaking and Sublattice Dichotomy in Monolayer FeSe Superconductor为题，发表于Phys. Rev. Lett. 136, 066502（2026）。该研究受到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部重点研发计划和新基石研究员项目的资助。

编辑：小鹿